THANG ĐO PAULING: ĐỘ ÂM ĐIỆN VÀ CHÊNH LỆCH NĂNG LƯỢNG - HÓA HỌC - 2026

Các thang Pauling là một quy mô tùy ý sử dụng trong hóa học để diễn tả độ âm điện của các nguyên tố. Đây được định nghĩa là xu hướng hút electron của một nguyên tử nhất định khi nó kết hợp với nguyên tử khác.

Theo nghĩa này, các nguyên tố có độ âm điện lớn có xu hướng dễ dàng nhận được electron. Đây là các phi kim loại, trong khi về phần chúng, các nguyên tố kém âm điện hơn như kim loại nên dễ nhường electron hơn.

Hình 1. Thang đo Pauling. Nguồn: Wikimedia Commons.

Do đó, khi biết độ âm điện của một nguyên tố, người ta có ý tưởng về loại liên kết mà nó có khả năng tạo thành khi kết hợp với một nguyên tố khác. Chúng ta sẽ thấy điều này với một ví dụ số sau.

Với thông tin này, có thể dự đoán nhiều đặc tính mà một hợp chất sẽ có, một thứ rất hữu ích trong hóa học thực nghiệm và khoa học vật liệu, nơi các hợp chất mới liên tục được tạo ra.

Tuy nhiên, thuận tiện để làm rõ rằng mặc dù nó quan trọng như thế nào, không có cách duy nhất để xác định độ âm điện; Thang điểm Pauling chỉ là một trong những cách khác nhau được đề xuất để tìm nó, mặc dù nó là một trong những cách được sử dụng nhiều nhất.

Trên thực tế, Pauling's là một thang đo tùy ý, trong đó một giá trị số được gán cho mỗi nguyên tố trong bảng tuần hoàn, phản ánh độ âm điện của nó. Chúng ta thấy nó trong hình 1, trong đó chúng ta có độ âm điện của từng nguyên tố, theo chỉ định của Linus Pauling, người đoạt giải Nobel hai lần (1901-1994) vào khoảng năm 1939.

Độ âm điện của các nguyên tố

Pauling, cùng với Don M. Yost, đã tìm ra các giá trị độ âm điện theo kinh nghiệm, thông qua dữ liệu thực nghiệm thu được bằng cách đo năng lượng liên kết.

Pauling đã chỉ định nguyên tố flo - phía trên và bên phải của bảng trong Hình 1 - độ âm điện lớn nhất, với số 4,0. Vì vậy, khi flo tạo thành liên kết, nó có xu hướng hút electron cao nhất trong tất cả các nguyên tố.

Thứ hai là oxy với 3,5 và thứ ba là nitơ với 3,0. Cả hai đều nằm ở trên cùng và bên phải của bảng.

Mặt khác, ở đầu đối diện, nguyên tố có độ âm điện nhỏ nhất là xêzi, có ký hiệu là Cs, nằm ở bên trái của bảng, mà Pauling đã gán số 0,7.

Độ âm điện trong bảng tuần hoàn

Nói chung, và như có thể thấy trong hình 1, độ âm điện - và năng lượng ion hóa - tăng từ trái sang phải trong bảng tuần hoàn. Xu hướng chung cũng cho thấy sự suy giảm khi di chuyển lên và xuống.

Do đó, chúng ta sẽ có các nguyên tố có độ âm điện cao nhất ở góc trên bên phải của bảng: flo, oxi, clo, nitơ. Chất âm điện ít nhất - hoặc độ điện âm cao nhất nếu bạn thích - sẽ được tìm thấy ở bên trái: liti, natri, kali và các nguyên tố khác của nhóm 1 - cột ở cực bên trái, tương ứng với các kim loại kiềm và kiềm thổ.

Trong mỗi cột, độ âm điện giảm dần khi số hiệu nguyên tử của nguyên tố tăng dần, ngoại trừ các kim loại chuyển tiếp ở trung tâm không theo xu hướng này.

Một điểm quan trọng cần lưu ý là độ âm điện là tương đối, nó không phải là tính chất bất biến của mỗi nguyên tố, và nó chỉ được đo đối với các nguyên tố khác. Nó phụ thuộc rất nhiều vào trạng thái oxi hóa, vì vậy cùng một nguyên tố có thể thể hiện độ âm điện khác nhau, tùy thuộc vào loại hợp chất mà nó tạo thành.

Sự khác biệt năng lượng ràng buộc

Hình 2. Nhà hóa học người Mỹ Linus Pauling năm 1955. Nguồn: Wikimedia Commons.

Trong hóa học, liên kết là cách mà các nguyên tử, giống nhau hoặc khác nhau, liên kết với nhau để tạo thành phân tử. Lực xuất hiện giữa các nguyên tử giữ chúng lại với nhau một cách ổn định.

Có một số loại liên kết, nhưng ở đây có hai loại được xem xét:

- Hóa trị, trong đó các nguyên tử có độ âm điện giống nhau dùng chung một cặp electron.

-Tính ion, thường xuyên giữa các nguyên tử có độ âm điện khác nhau, trong đó lực hút tĩnh điện chiếm ưu thế.

Giả sử rằng hai nguyên tố A và B có thể tạo thành phân tử với nhau, kí hiệu là AA và BB. Và chúng cũng có khả năng liên kết để tạo thành hợp chất AB, tất cả đều thông qua một số loại liên kết.

Nhờ có sự tham gia của lực giữa các phân tử mà có năng lượng trong liên kết. Ví dụ năng lượng trong liên kết AA là E _AA, trong liên kết BB là EBB và cuối cùng trong hợp chất AB là E _AB .

Nếu phân tử AB được hình thành bởi một liên kết cộng hóa trị, về mặt lý thuyết thì năng lượng liên kết là trung bình của năng lượng E _AA và E _BB :

E _AB = ½ (E _AA + E _BB )

Pauling đã tính toán E _AB cho các hợp chất khác nhau, đo nó bằng thực nghiệm và xác định sự khác biệt giữa hai giá trị, mà ông đặt tên là Δ:

Δ = - (E _AB ) đo được - (E _AB ) lý thuyết- = - (E _AB ) đo được - ½ (E _AA + E _BB ) -

Pauling lý luận như thế này: nếu Δ rất gần 0, có nghĩa là độ hút điện của cả hai nguyên tố là tương tự nhau và liên kết tham gia chúng là cộng hóa trị. Nhưng nếu Δ không nhỏ, thì liên kết giữa A và B không phải là cộng hóa trị thuần túy.

Giá trị tuyệt đối của Δ càng lớn thì hiệu số độ âm điện của nguyên tố A và B càng lớn và do đó liên kết tham gia chúng sẽ thuộc loại ion. Sau đó, người đọc sẽ tìm thấy một ví dụ, bằng cách tính Δ, có thể xác định loại liên kết của một hợp chất.

Phương trình độ âm điện

Giả sử rằng sự khác biệt về năng lượng là tín hiệu phân biệt bản chất của liên kết, Pauling đã thực hiện nhiều thí nghiệm dẫn đến việc ông tạo ra biểu thức thực nghiệm cho độ điện âm tương đối của hai nguyên tố A và B tạo nên phân tử.

Ký hiệu độ âm điện này là χ (chữ cái Hy Lạp "chi"), Pauling định nghĩa Δ như sau:

f ² Δ = ²

χ (A) - χ (B) = f√Δ = 0,102√Δ

Lưu ý rằng Δ là một đại lượng dương. Hệ số f = 0,102 xuất hiện bằng cách nhân căn bậc hai của Δ là hệ số chuyển đổi giữa kJ (kilojoules) và eV (electron-vôn), cả hai đơn vị năng lượng.

Nếu thay vào đó, kilocalories và electron-vôn được sử dụng, sự khác biệt về độ âm điện được biểu thị bằng một công thức tương tự nhưng với f = 0,208:

χ (A) - χ (B) = 0,208√Δ

Pauling bắt đầu bằng cách ấn định giá trị của hydro là 2,1, một giá trị trước đó được nhà hóa học Robert Mulliken thu được. Ông đã chọn nguyên tố này làm điểm xuất phát của mình vì nó tạo thành liên kết cộng hóa trị với nhiều nguyên tố khác.

Sử dụng phương trình trước đó, anh ta tiếp tục gán các giá trị tương đối cho các phần tử còn lại. Do đó, ông nhận ra rằng độ âm điện tăng lên khi di chuyển từ trái sang phải và từ trên xuống dưới trong bảng tuần hoàn, như đã mô tả trong phần trước.

Thí dụ

Dưới đây là danh sách các nguyên tố: N, J, Y và M và độ âm điện tương ứng của chúng Χ theo thang điểm Pauling:

- N : Χ = 4,0

- J : Χ = 1,5

- Y : Χ = 0,9

- M : Χ = 1,6

Trong số các hợp chất sau đây được tạo thành với chúng:

YJ, YN, MN và JM

Cho biết chất nào có tính ion cao nhất và chất có tính chất cộng hóa trị. Đưa ra lý do cho câu trả lời của bạn.

Giải pháp

Theo các tiêu chí được thiết lập bởi Pauling, hợp chất có đặc tính ion cao nhất sẽ là hợp chất có sự khác biệt lớn nhất giữa các độ âm điện và do đó giá trị Δ lớn hơn. Về phần mình, hợp chất có sự chênh lệch năng lượng thấp nhất là hợp chất có liên kết cộng hóa trị.

Sau đó, chúng ta sẽ tính giá trị Δ là bao nhiêu cho mỗi hợp chất, như sau:

YJ tổng hợp

Δ = ² = (0,9 - 1,5) ² = 0,36

YN tổng hợp

Δ = ² = (0,9 - 4,0) ² = 9,61

MN tổng hợp

Δ = ² = (1,6 - 4,0) ² = 5,76

JM tổng hợp

Δ = ² = (1,5 - 1,6) ² = 0,01

Từ các kết quả trước đó có thể suy ra rằng hợp chất ion là YN, có Δ = 9,61, trong khi hợp chất cộng hóa trị là JM, với Δ = 0,01.

Người giới thiệu

1. Hóa học Libretexts. Pauling Độ âm điện. Được khôi phục từ: chem.libretexts.org.
2. Sách vàng IUPAC. Độ âm điện. Được khôi phục từ: goldbook.iupac.org.
3. Salas-Banuet, G. Độ âm điện bị hiểu nhầm. Khôi phục từ: scielo.org.
4. Văn bản khoa học. Độ âm điện. Khôi phục từ: textcientificos.com.
5. Whitten, K. 2010. Hóa học. Ngày 9. Ed. Brooks / Cole. Học tập Cengage.
6. Wikipedia. Liên kết cộng hóa trị. Được khôi phục từ: es.wikipedia.org.
7. Wikipedia. Sự gắn kết. Được khôi phục từ: es.wikipedia.org.